Le rendement et l'avantage mécanique

Lorsque l’on utilise une machine simple, on transmet à cette machine une partie de notre énergie. La machine la transmettra ensuite à un objet quelconque qui pourra alors être déplacé. 
 
En théorie, toute l’énergie que l’on transmet à une machine simple (travail fourni) sera transmise à l’objet (travail utile)
 
En réalité toutefois, le frottement sera à l’origine de la transformation d’une partie de l’énergie en chaleur, ce qui se traduira par une perte d’énergie. 
 
Le rendement peut être défini comme étant l’efficacité de la machine simple ou encore le pourcentage de l’énergie fournie (travail fourni) qui sera réellement transférée à l’objet (travail utile). 

En utilisant les équations du travail, on pourra aussi utiliser les équations suivantes :

Rendement d’un treuil

On applique une force de 75 N sur la poignée d’une manivelle d’un treuil pour remonter un sceau du fond d’un puits. On tournera la manivelle de façon à ce que la main parcourt une distance de 32 mètres.  Si le sceau a un poids de 275 N et que le puits a une profondeur de 8 mètres, quel est le rendement du treuil ?

Équations utiles pour calculer le rendement :

La force motrice théorique (Fmthéo) représente la force motrice minimale que l’on doit appliquer (sans frottement) sur la machine simple. 
 
La force motrice réelle (Fmréelle) représente la force motrice que l’on doit appliquer sur la machine simple en considérant les forces de frottement.

Avantage mécanique (gain mécanique) théorique et réel

Toute machine simple possède son propre avantage mécanique. Cependant, les forces de frottement influenceront cet avantage mécanique. C’est pourquoi, il sera nécessaire d’utiliser l’un ou l’autre des avantages mécaniques suivants selon les situations : l’avantage mécanique théorique ou l’avantage mécanique réel.
 
L’avantage mécanique théorique (Amthéo) est utilisé dans une situation dite « idéale », c'est-à-dire lorsque la machine simple n’est soumise à aucun frottement. Les rapports de déplacement ne sont pas soumis aux forces de frottement et par conséquent, seront toujours considérés comme théoriques.
 
L’avantage mécanique réel (Amréel) est utilisé lorsque l’on considère les forces de frottement. On ne doit jamais l’utiliser pour calculer des déplacements, ceux-ci n’étant pas soumis au frottement.

 

Avantages mécaniques du treuil

Calculer les avantages mécaniques théorique et réel du treuil décrit à l’exemple 1.

Le fait que le rendement du treuil ne soit pas de 100 % (il est de 92 %), le treuil est soumis aux forces de frottement. Il sera donc possible de calculer l’avantage mécanique réel à l’aide du rapport des forces.



Pour calculer l’avantage mécanique théorique, il n’y aura pas d’autres choix que de faire le rapport des déplacements.


Les exercices

Les références

  • MELS
  • Rogers
  • Réunir Réussir
  • Fondation Réussite Jeunesse